【抜粋記事】JOLEDの有機EL戦略を考察する

日経テクノロジーオンライン
JOLEDの有機EL戦略を考察する

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JOLEDでCTOを務める田窪米治氏が、国際会議「International Conference on Flexible and Printed Electronics(ICFPE)」でプレナリー講演を行った




<有機EL色塗り分け技術>

有機ELパネルのEL層(発光層)を形成する技術には、蒸着方式と印刷方式がある。


また、EL層の構成には、大きく分けて2つの方法がある。1つは、EL層をパネル全面にベタで積層形成して白色発光させるもの。もう1つは、RGBの3色のEL層をパネルの画素ごとに繰り返し並べて形成し、発光させるものである。


前者は大型有機ELテレビの量産に用いられ、後者はスマートフォン用など小型パネルの量産に適用されている



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色塗り分け技術の比較

現在多くの企業で採用されているのは蒸着方式である。真空環境で材料を加熱、気化させて、EL層を形成する


パネルの必要な部分にのみ膜を形成するために、マスクと呼ばれる遮蔽版を使う


画面サイズが大きく、画素数が多くなるほど、マスクの位置精度への要求は厳しくなる


パネルが大型化するのに伴い、蒸着源とパネルとの距離が離れるため、均一な膜を形成することが難しくなるという課題や、気化した材料が真空設備の内壁やマスクに付着するため材料の利用効率が低くなるという課題もある



<印刷方式の特徴>

RGB印刷方式は、材料を大気中で印刷してEL層を形成する


真空環境やマスクが不要なため、製造プロセスにおける投資が少ない上に、メンテナンスも容易


パネル大型化への対応が容易


材料ロスが少ない(材料利用効率が高い)


製造工程においては、異なるサイズのパネル生産の際に印刷ヘッドを共有できるなど、多様な画面サイズへの展開が容易である。また、切り替えの時間が短くて済むため、生産リードタイムの縮小につながる


JOLEDは、EL層(発光層)について、RGBの3色すべてを印刷形成する技術を開発


ただ、真空蒸着用の発光材料に比べて印刷用材料は発光効率および信頼性に劣る



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印刷技術の改善策

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印刷技術の改善ロードマップ

印刷技術の開発は京都市で進めている。2016年末からは石川県で、4.5世代(730mm×920mm)の基板を用いて精細度300ppi以上のパネルを量産する技術の確立に取り組む



<バックプレーン技術>

有機ELの性能を十分に発揮するためには、駆動する回路を構成するTFTに大きな電流を流す必要がある


酸化物半導体は、有機ELを駆動するのに必要なキャリア移動度を持ち、しかも大面積に均一に薄膜を形成しやすいという特長を備えた材料


有機ELテレビを量産しているメーカーは今のところ1社だが、このメーカーはスパッタリング法による成膜を採用


製造装置の稼働率や歩留まりの低下をいかに対策できるかが大きな課題


JOLEDはこの酸化物半導体の形成プロセス技術の開発に引き続き力を入れると同時に、新たなTFT作製プロセスも開発



<酸化物TFT>

酸化物半導体に要求される性能は、大きく6つ



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有機EL駆動用の酸化物TFTへの要求事項

(1)マスク数

いかに少ないマスク数で高性能・高歩留まりを実現できるかが非常に重要


JOLEDは、同社の前身の1つであるソニーが開発した、TFTの電極部分を独自の金属反応を用いて低抵抗化する技術を用い、自己整合型トップゲート構造を量産適用する


(2)キャリア移動度

有機ELの駆動は電流駆動であり、電流はキャリア移動度の大きさに比例する


周辺回路の低消費電力化が課題


(3)信頼性

730mm×920mm基板面内の特性は均一


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(4)基板サイズ

大型基板サイズによりコストダウンが可能


どのような画面サイズのディスプレーを量産するかによって最適な基板サイズが存在


(5)生産性

高い生産性とシンプルな製造工程が求められる


(6)均一性

大面積でも均一な特性が求められる


酸化物半導体の組成制御(代表的なa-IGZOは4元)が重要


組成制御と堆積速度はトレードオフの関係



<フレキシブルディスプレー技術>

同社は、ガラス基板の代わりにプラスチックフィルム基板上に形成した、12.2型のフレキシブル有機ELディスプレーを開発


有機ELの駆動素子として、酸化物TFTをプラスチックフィルム基板上に形成


開発に用いた作製方法は、スマートフォン用有機ELの量産に適用されている方法(ガラス基板上にポリイミド(PI)膜を塗布し、その上にLTPSおよび有機ELを作製し、完成後にガラス基板とPI膜をレーザーで剥離する)



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フレキシブルディスプレー量産化への技術課題

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フレキシブル有機EL技術確立へのアクションアイテム

ベルギーimecではa-IGZOをPIフィルム上に直接作製する技術を開発済み



<量産プラン>

量産開始は2019年


韓国や中国が果敢に大型投資している状況下で、この計画通りに進んだとしても、市場での地位は何ら保証されないであろう



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量産化計画

印刷による色塗り分けでは先行していると思われるが、中国と韓国のメーカーは米国のインクジェット装置メーカーに巨額の投資をしている。また、富士フイルムとimecはフォトプロセスで有機EL材料をパターニングするレジストおよびプロセスを開発している


かつて、日本の国家プロジェクトで、CFの製造をインクジェット方式に変えるための開発がなされたが、シャープの堺工場(当時)に導入された以外の実績はない


酸化物半導体の成膜法は、脱真空の塗布もしくは印刷が今後の主流となるだろう



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